DE102012005654B4 - Optical converter for high luminance levels - Google Patents
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Abstract
Konverteranordnung zur Erzeugung von farbigem oder weißem Nutzlicht hoher Leuchtdichte für Projektoren, Bühnenscheinwerfer, Autoscheinwerfer oder Lampen mit hoher Leuchtdichte und hoher Spektraldichte, wobei eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck erreicht werden soll, umfassend:- einen Konverterkörper (1) mit einer Anregungsseite und einer abgewandten Seite, enthaltend eine Optokeramik mit YAG-Keramik oder LuAG- Keramik mit eingelagerter Kornstruktur zu Zwecken starker Lichtstreuung,- eine Anregungslichtquelle mit einem Lichtbündelquerschnitt, der den zu erreichenden, räumlich kleinen Emissionsfleck bestimmt, wobei die Anregungslichtquelle zur Bestrahlung des Konverterkörpers (1) mit blauem Anregungslicht hoher Leistungsdichte angeordnet ist, das einen blauen Lichtstreufleck sowie sekundär den Emissionsfleck erzeugt, der größer als der Lichtbündelquerschnitt der Anregungslichtquelle ist,- wobei die Dicke des Konverterkörpers (1) zwischen Anregungsseite und der abgewandten Seite genügend dünn gewählt ist, um einerseits eine Ausweitung des Licht- Streuflecks zu minimieren und andererseits eine ausreichende Konversion des blauen Anregungslichtes im Hinblick auf Farbe des Nutzlichtes zu bewirken.Converter arrangement for generating colored or white useful light of high luminance for projectors, stage headlights, car headlights or lamps with high luminance and high spectral density, whereby the most complete possible decoupling of the converted light is to be achieved with a spatially small emission spot, comprising: - a converter body (1) with an excitation side and a side facing away, containing an optoceramic with YAG ceramic or LuAG ceramic with embedded grain structure for purposes of strong light scattering, - an excitation light source with a light beam cross-section that determines the spatially small emission spot to be reached, the excitation light source for irradiating the Converter body (1) is arranged with blue excitation light of high power density, which generates a blue light scattering spot and secondarily the emission spot which is larger than the light beam cross-section of the excitation light source, - the thickness of the Ko Inverter body (1) is chosen sufficiently thin between the excitation side and the opposite side, on the one hand to minimize an expansion of the light scattering spot and on the other hand to effect a sufficient conversion of the blue excitation light with regard to the color of the useful light.
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Konverter zur Erzeugung von farbigem oder weißem Nutzlicht hoher Leuchtdichte für Projektoren, Bühnenscheinwerfer, Autoscheinwerfer oder Lampen mit hoher Leuchtdichte und hoher Spektraldichte, wobei eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck erreicht werden soll.The invention relates to an optical converter for generating colored or white useful light of high luminance for projectors, stage headlights, car headlights or lamps with high luminance and high spectral density, whereby the most complete possible decoupling of the converted light with a spatially small emission spot is to be achieved.
Durch Absorptions- und Emissionsprozesse im Konvertermaterial wird das kurzwelligere Anregungslicht in remittiertes Licht mit größerer Wellenlänge umgewandelt.The shorter-wave excitation light is converted into remitted light with a longer wavelength by absorption and emission processes in the converter material.
Unter einem Konverter wird im Sinne der Erfindung der Teil einer Vorrichtung zur optischen Konversion verstanden, in welchem die Konversion erfolgt. Der Konverter besteht dabei aus einem Konvertermaterial. Konvertermaterialien enthalten Leuchtstoffe, welche als optisch aktive Medien die Konversion bewirken. Konvertermaterialien können unterschiedlich hohe Leuchtstoff-Dichten aufweisen. Der Ausdruck „Leuchtstoff-Dichte“ bezieht sich auf die Verteilung des Leuchtstoffes bzw. der Leuchtstoff-Partikel im Konvertermaterial. So kann der Leuchtstoff im Konvertermaterial in einer passiven Matrix vorliegen. Es sind jedoch auch Konvertermaterialien möglich, bei denen das gesamte Konvertermaterial als Leuchtstoff fungiert.In the context of the invention, a converter is understood to mean that part of a device for optical conversion in which the conversion takes place. The converter consists of a converter material. Converter materials contain phosphors which, as optically active media, cause the conversion. Converter materials can have different high phosphor densities. The term “phosphor density” refers to the distribution of the phosphor or the phosphor particles in the converter material. The phosphor can be present in the converter material in a passive matrix. However, converter materials are also possible in which the entire converter material functions as a phosphor.
Bei der optischen Konversion entsteht durch die sogenannten Stokes-Verluste immer auch Wärme im Konverter. Die Stokes-Verluste ergeben sich aus der Differenz der Photonenenergie von Anregungslicht und emittiertem Licht. So werden typischerweise 20-30% der eingebrachten optischen Leistung in Wärme umgewandelt. Dies gilt selbst für Konvertermaterialien mit einer Quanteneffizienz von 1. Der Wärmeeintrag in den Konverter führt zu einer Temperaturerhöhung des Konvertermaterials.In the case of optical conversion, the so-called Stokes losses always generate heat in the converter. The Stokes losses result from the difference in the photon energy of the excitation light and the emitted light. Typically 20-30% of the introduced optical power is converted into heat. This applies even to converter materials with a quantum efficiency of 1. The heat input into the converter leads to an increase in the temperature of the converter material.
Die hohen Temperaturen im Konvertermaterial führen aus mehreren Gründen zu einer Schwächung oder Begrenzung der Konversion und somit zu einer Begrenzung der zu erreichenden Leuchtdichten. So kann das Konvertermaterial durch die hohen Temperaturen zerstört werden. Die Zerstörtemperatur Tfail ist eine materialspezifische Eigenschaft. Verschiedene Materialien können somit unterschiedlich hohe Zerstörtemperaturen aufweisen. Die Zerstörtemperatur beeinflusst maßgeblich die maximale Konvertertemperatur Tkonv, d.h. die maximale Temperatur, bei welcher der Konverter betrieben werden kann.For several reasons, the high temperatures in the converter material lead to a weakening or limitation of the conversion and thus to a limitation of the luminance that can be achieved. The converter material can be destroyed by the high temperatures. The destruction temperature T fail is a material-specific property. Different materials can therefore have different destruction temperatures. The destruction temperature has a decisive influence on the maximum converter temperature T conv, ie the maximum temperature at which the converter can be operated.
Begrenzend auf die zu erreichenden Leuchtdichten wirkt sich dies insbesondere bei Konvertersystemen aus, bei denen der Leuchtstoff in eine Matrix aus Silikon oder einem anderen organischen Binder eingebettet ist. Bei sog. „phosphor-in-silicon“ Konvertern, PIS liegt die Zerstörschwelle mit Tfai| im Bereich von 100 bis 120 °C.This has a limiting effect on the luminance to be achieved, in particular in the case of converter systems in which the phosphor is embedded in a matrix made of silicone or another organic binder. In the case of so-called “phosphor-in-silicon” converters, PIS, the damage threshold is T fai | in the range from 100 to 120 ° C.
Unabhängig von der Zerstörschwelle der jeweils verwendeten Konvertermaterialien verringert sich durch den Effekt des Thermoquenchings die Quanteneffizienz. Zudem kann es bei höheren Temperaturen zu einer Verschiebung der Absorptionsbande zu längeren Wellenlängen kommen, welche zu einer Erhöhung der Selbstabsorption und somit ebenfalls zu einer Verringerung der Leuchtdichte führt.Regardless of the destruction threshold of the converter materials used, the quantum efficiency is reduced by the effect of thermal quenching. In addition, at higher temperatures there can be a shift in the absorption band to longer wavelengths, which leads to an increase in self-absorption and thus also to a reduction in luminance.
Um dennoch Konverter mit hohen Leuchtdichten zu erhalten, sind aus dem Stand der Technik Aufbauten, bei denen sich das Konvertermaterial auf einer rotierenden Scheibe befindet, bekannt. So beschreibt die Patentanmeldung
Ein ähnlicher Aufbau wird auch in der Patentanmeldung US 2009 / 0 034 284 A1 beschrieben. Nachteilig bei diesem Ansatz ist jedoch der zwingend notwenige Einsatz eines Trägerrades und dessen nachteiligen Einfluss auf die Größe des Konverters. Zudem bedingen die großen Trägerräder einen höheren Materialeinsatz als beispielsweise bei einem statischen Aufbau. Zudem können die beweglichen Bauteile eine störende Geräuschentwicklung verursachen, oder verschleißen.A similar structure is also described in patent application US 2009/0 034 284 A1. The disadvantage of this approach, however, is the absolutely necessary use of a carrier wheel and its disadvantageous influence on the size of the converter. In addition, the large carrier wheels require more material than, for example, a static structure. In addition, the moving components can cause disruptive noise development or wear out.
Daher sieht die WO 2009/ 115 976 A1 A die Verwendung einer Wärmesenke vor. Hierbei wird das Konvertermaterial statisch auf einer Wärmesenke appliziert. Dieses Design ist dabei auf in Remission betriebenen Konverter beschränkt. Zudem ist die zu erreichende Wärmeableitung von der Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Konvertermaterials abhängig.Therefore, WO 2009/115 976 A1 A provides for the use of a heat sink. The converter material is statically applied to a heat sink. This design is limited to converters operated in remission. In addition, the heat dissipation to be achieved depends on the thermal conductivity of the converter material used.
Aus
Aus
Die
Üblicherweise werden als Konvertermaterialien auf Leuchtstoffe basierte Materialen, beispielsweise eingebettet in Silikon oder Glas oder Quantendots verwendet. Insbesondere Konvertermaterialien auf Silikonbasis zeigen niedrige Zerstörtemperaturen von ca. 100-120 °C sowie geringe Wärmeleitfähigkeiten. Hinzu kommt, dass bei der Verwendung von Leuchtstoffpartikeln in einer Matrix die Brechzahldifferenz nur begrenzt über Dotierung und Korngröße der Leuchtstoffpartikel variiert werden kann. Dies hat zur Folge, dass die Absorption des Anregungslichts und die Streuung im Konverterkörper nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können.Usually, materials based on phosphors, for example embedded in silicone or glass or quantum dots, are used as converter materials. In particular, converter materials based on silicone show low destruction temperatures of approx. 100-120 ° C and low thermal conductivities. In addition, when using phosphor particles in a matrix, the difference in refractive index can only be varied to a limited extent via the doping and grain size of the phosphor particles. As a result, the absorption of the excitation light and the scattering in the converter body cannot be set independently of one another.
Die Streueigenschaften des Konvertermaterials beeinflussen sowohl die Streuung des konvertierten Lichtes als auch die Streuung des Anregungslichts und sind daher ein wichtiger optischer Parameter.The scattering properties of the converter material influence both the scattering of the converted light and the scattering of the excitation light and are therefore an important optical parameter.
Für die Erzeugung hoher Leuchtdichten ist eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck vorteilhaft. Der Emissionsfleck wird durch den Lichtbündelquerschnitt des Anregungslichtes und die Leuchtdichte durch den emittierten Lichtstrom pro Flächenelement der Konverteroberfläche bestimmt. Wegen der endlichen Eindringtiefe des Anregungslichtes und wegen der Lichtstreuung im Konvertermaterial ist der Emissionsfleck größer als der Lichtbündelquerschnitt der Anregungslichtquelle. Der Emissionsfleck ist bei stark streuendem Konvertermaterial kleiner als bei schwach streuendem Konvertermaterial, hängt jedoch auch von der Konverterdicke und von den Reflexionseigenschaften der Konverteroberfläche ab.For the generation of high luminance densities, as complete a coupling out of the converted light as possible with a spatially small emission spot is advantageous. The emission spot is determined by the light beam cross section of the excitation light and the luminance by the emitted luminous flux per surface element of the converter surface. Because of the finite penetration depth of the excitation light and because of the light scattering in the converter material, the emission spot is larger than the light beam cross-section of the excitation light source. The emission spot is smaller with strongly scattering converter material than with weakly scattering converter material, but it also depends on the converter thickness and the reflection properties of the converter surface.
Eine hohe Leuchtdichte kann durch stark streuendes Material erreicht werden. Streut das Material jedoch so stark, dass auch das Anregungslicht remittiert wird, bevor es absorbiert wird, sinkt der Anteil des konvertierten Lichts.A high luminance can be achieved through highly scattering material. However, if the material scatters so strongly that the excitation light is also reflected before it is absorbed, the proportion of the converted light decreases.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Konverter zur Erzeugung von weißem oder farbigem Licht mit hoher Leuchtdichte bereit zu stellen.The invention is based on the object of providing a converter for generating white or colored light with high luminance.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst und durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche ausgestaltet und weitergebildet.The object of the invention is achieved by the subject matter of the independent claim and is designed and developed by the features of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Konverter besteht aus einer dotierten YAG-Keramik oder LuAG-Keramik, die eine Optokeramik mit eingelagerter Kornstruktur darstellen, welche Konversionszentren direkt im keramischen Material bilden. YAG-Keramik ist ein Yttrium-Aluminium-Granat und LuAG-Keramik ist ein Lutetium-Aluminium-Granat. Besonders vorteilhaft ist die Dotierung mit einer Cerverbindung, beispielsweise Ce2O3.The converter according to the invention consists of a doped YAG ceramic or LuAG ceramic, which represent an optoceramic with an embedded grain structure which form conversion centers directly in the ceramic material. YAG ceramic is a yttrium aluminum garnet and LuAG ceramic is a lutetium aluminum garnet. Doping with a cerium compound, for example Ce 2 O 3, is particularly advantageous.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Optokeramik als Konvertermaterial können hohe Leuchtdichten, bevorzugt von über 100 cd/mm2, besonders bevorzugt von über 500 cd/mm2 erreicht werden.By using the optoceramics according to the invention as converter material, high luminance densities, preferably of over 100 cd / mm 2 , particularly preferably of over 500 cd / mm 2 , can be achieved.
Für die Erzeugung hoher Leuchtdichten ist eine möglichst vollständige Auskopplung des konvertierten Lichtes bei gleichzeitig räumlich kleinem Emissionsfleck vorteilhaft. Dies kann durch ein stark streuendes Konvertermaterial erreicht werden. Die erfindungsgemäße Kornstruktur führt zu guter Streuung sowohl des kurzwelligen Anregungslichtes als auch des langwelligen Emissionslichtes. Eine starke Streuung des im Konverter erzeugten Emissionslichts ist insbesondere für die Erreichung eines guten Lichtkonfinements, d.h. für einen kleinen Emissionsfleck, vorteilhaft.For the generation of high luminance densities, as complete a coupling out of the converted light as possible with a spatially small emission spot at the same time is advantageous. This can be achieved with a highly scattering converter material. The grain structure according to the invention leads to good scattering of both the short-wave excitation light and the long-wave emission light. A strong scattering of the emission light generated in the converter is particularly advantageous for achieving a good light confinement, i.e. for a small emission spot.
Wird jedoch das Anregungslicht vom Konverter remittiert, so sinkt der Anteil des Anregungslichts, das in den Konverter eindringt und dort zur Konversion beitragen kann. Daher darf die Streuung - bei gegebener Absorptionslänge - wiederum nicht so stark sein, dass die Remission des Anregungslichtes ein gewünschtes Niveau übersteigt. Die Konversionseffizienz wird dabei sowohl von der Absorption des Anregungslichtes, d.h. der Quanteneffizienz, als auchvon der Remission des Anregungslichtes beeinflusst.However, if the excitation light is remitted by the converter, the proportion of the excitation light that penetrates the converter and can contribute to the conversion there decreases. Therefore, the scattering - for a given absorption length - must again not be so strong that the remission of the excitation light exceeds a desired level. The conversion efficiency is influenced both by the absorption of the excitation light, ie the quantum efficiency, and by the remission of the excitation light.
Erwartungsgemäß würde die Konversionseffizienz jedoch bei stark streuenden Proben, d.h. bei Proben mit einer hohen Remission REmission sinken. Diese Abhängigkeit ist bei Konvertermaterialien, bei denen Leuchtstoffpartikel in einer optisch inaktiven Matrix vorliegen, bekannt. Bei Konvertermaterialien, wie beispielsweise Leuchtstoffpartikeln in einer Silikonmatrix, führt eine hohe Leuchtstoffpartikeldichte in der Silikonmatrix zu einer hohen Remission. Jedoch bedingt eine hohe Leuchtstoffdichte eine Vergrößerung der Remission des Anregungslichtes. Um die gewünschte Absorption des Anregungslichtes beizubehalten, muss der Leuchtstoff stärker dotiert werden. Dies hat ein sogenanntes Konzentrationsquenching zur Folge, d.h. die Quantenausbeute und damit die Konversionseffizienz werden reduziert. Bisher war es deshalb nicht möglich, gleichzeitig eine hohe Konversionseffizienz und eine hohe Remission REmission zu erreichen. Überraschenderweise weist die erfindungsgemäße Optokeramik eine hohe Streuung bzw. Remission REmission auf, bei der die Konversionseffizienz noch nicht ungünstig beeinflusst ist.As expected, however, the conversion efficiency would decrease in the case of strongly scattering samples, that is to say in the case of samples with a high remission R emission . This dependency is known in the case of converter materials in which phosphor particles are present in an optically inactive matrix. In the case of converter materials, such as, for example, phosphor particles in a silicone matrix, a high phosphor particle density in the silicone matrix leads to a high remission. However, a high phosphor density causes an increase in the remission of the excitation light. In order to maintain the desired absorption of the excitation light, the phosphor must be doped more heavily. This results in what is known as concentration quenching, ie the quantum yield and thus the conversion efficiency are reduced. So far it has therefore not been possible to achieve a high conversion efficiency and a high remission R emission at the same time. Surprisingly, the optical ceramic according to the invention has a high degree of scattering or remission R emission , at which the conversion efficiency is not yet adversely affected.
Insbesondere beträgt die Remission REmission bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 80%. Dies ist vorteilhaft, da eine starke Streuung für ein ausreichendes Lichtkonfinement und somit für eine hohe Strahldichte benötigt wird.In particular, the remission R emission is preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%. This is advantageous since strong scattering is required for sufficient light confinement and thus for high radiation density.
Des Weiteren weist das Konvertermaterial bevorzugt eine Quanteneffizienz QE der Absorption des Anregungslichtes größer als 80% und besonders bevorzugt größer als 90% auf. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch eine hohe Quantenausbeute ein geringerer Anteil der eingestrahlten Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Somit wird durch die gute Quanteneffizienz des erfindungsgemäßen Konvertermaterials zum einen die Erwärmung minimiert.Furthermore, the converter material preferably has a quantum efficiency QE of the absorption of the excitation light greater than 80% and particularly preferably greater than 90%. This is particularly advantageous because a high quantum yield means that a smaller proportion of the radiated energy is given off in the form of heat. As a result, the good quantum efficiency of the converter material according to the invention, on the one hand, minimizes heating.
Zum anderen können Lichtquellen mit geringerer Lichtintensität eingesetzt werden, was in Hinblick auf den Energieverbrauch vorteilhaft ist.On the other hand, light sources with lower light intensity can be used, which is advantageous in terms of energy consumption.
Da zur Erzielung hoher Leuchtdichten sowohl eine hohe Absorption des Anregungslichtes als auch eine hohe Remission des konvertierten emittierten Lichts benötigt werden, ist das Produkt aus Remission REmission und Quanteneffizienz jedenfalls größer als 0.6 und bevorzugt größer als 0.7.Since both high absorption of the excitation light and high remission of the converted emitted light are required to achieve high luminance, the product of remission R emission and quantum efficiency is in any case greater than 0.6 and preferably greater than 0.7.
Nach dem Stand der Technik würde man für ein keramisches Material mit besonders guter Quanteneffizienz eine geringe Streuung (und damit eine geringe Remission REmission) erwarten.According to the prior art, a ceramic material with particularly good quantum efficiency would be expected to have a low scatter (and thus a low remission R emission ).
Das erfindungsgemäße Konvertermaterial weist dagegen in höchst überraschender Weise eine hohe Streuung (und damit eine hohe Remission REmission) auf, ohne dass die Quanteneffizienz schon ungünstig beeinflusst ist.
Der erfindungsgemäße Konverter weist somit eine Konvertergütezahl oder optische figure of merit FOMopt, definiert als
The converter according to the invention thus has a converter figure of merit or optical figure of merit FOM opt , defined as
Diese außergewöhnliche und höchst vorteilhafte FOMopt ist ein intrinsisches Merkmal des erfindungsgemäßen Konvertermaterials.This extraordinary and highly advantageous FOM opt is an intrinsic feature of the converter material according to the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird angestrebt, möglichst alles Anregungslicht zu konvertieren. Dann ist das Produkt QE* (1-Rexcitation) *Remission als Kennziffer für die Konversionseffizienz zu wählen. Diese Kennziffer ist in der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung daher größer als 0.4, bevorzugt größer als 0.6 und besonders bevorzugt größer als 0.75. Die hohen Kennziffern in dieser Weiterbildung der Erfindung werden dadurch ermöglicht, dass die Absorption des Anregungslichtes durch das Konvertermaterial überraschenderweise weitgehend unabhängig von den Streueigenschaften eingestellt werden kann. So kann die Absorptionslänge der erfindungsgemäßen Konverters so gewählt werden, dass sie kleiner ist als die typischen Streulängen.In an advantageous development of the invention, the aim is to convert all of the excitation light as far as possible. Then the product QE * (1-R excitation ) * R emission is to be selected as the indicator for the conversion efficiency. In the advantageous development of the invention, this code number is therefore greater than 0.4, preferably greater than 0.6 and particularly preferably greater than 0.75. The high index numbers in this development of the invention are made possible by the fact that the absorption of the excitation light by the converter material can surprisingly be set largely independently of the scattering properties. So can the absorption length of the converter according to the invention can be selected so that it is smaller than the typical scattering lengths.
So ist es durch Verwendung einer erfindungsgemäßen Optokeramik als Konvertermaterial möglich, durch geeignete Prozessführung das Streuvermögen des Materials unabhängig von der Aktivatorkonzentration zwischen hoch-transparent und hoch-opak einzustellen.By using an optical ceramic according to the invention as a converter material, it is possible to adjust the scattering power of the material between highly transparent and highly opaque independently of the activator concentration by means of suitable process management.
Zudem können die optischen Eigenschaften auch über die Ausgangszusammensetzung und/oder über den Dotierungsgrad gezielt beeinflusst werden. Zusammen mit den hervorragenden thermischen und thermo-optischen Eigenschaften der Optokeramik sind somit Konverter mit maßgeschneiderten Eigenschaften zugänglich, welche hohe Leuchtdichten ermöglichen.In addition, the optical properties can also be influenced in a targeted manner via the initial composition and / or via the degree of doping. Together with the excellent thermal and thermo-optical properties of the optoceramics, converters with tailor-made properties are accessible, which enable high luminance levels.
Die erfindungsgemäßen Konverter weisen im statischen Betrieb bei Lichtströmen größer als 1000 Im hohe Leuchtdichten von mindestens 100 cd/mm2, bevorzugt von mindestens 500 cd/mm2 auf.In static operation, the converters according to the invention have high luminance levels of at least 100 cd / mm 2 , preferably of at least 500 cd / mm 2, at luminous fluxes greater than 1000 .mu.m.
Die thermo-optischen Eigenschaften des Konvertermaterials können in einer thermischen Gütezahl, figure of merit, FOM,
Die Zerstörtemperatur Tfail ist die Temperatur, bei der das Konvertermaterial zerstört wird.The destruction temperature T fail is the temperature at which the converter material is destroyed.
Bei Erhöhung der Temperatur kommt es durch Thermoquenching zu einer Abnahme der Quanteneffizienz. Die Grenztemperatur T0,8 quench ist als die Temperatur definiert, bei welcher die Quanteneffizienz auf 80% ihres Wertes bei Raumtemperatur beträgt.When the temperature is increased, thermal quenching leads to a decrease in the quantum efficiency. The limit temperature T 0.8 quench is defined as the temperature at which the quantum efficiency is 80% of its value at room temperature.
Konverter, deren Konvertermaterialien hohe thermische FOM aufweisen, können somit bei höheren Temperaturen betrieben werden.Converters whose converter materials have a high thermal FOM can therefore be operated at higher temperatures.
Da die maximal erreichbare Pumpleistung des Konverters durch die maximale Konvertertemperatur begrenzt wird, können über die thermische FOM Rückschlüsse auf die maximale Pumpleistung geschlossen werden.Since the maximum achievable pump output of the converter is limited by the maximum converter temperature, conclusions can be drawn about the maximum pump output from the thermal FOM.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Konvertermaterial eine thermische FOM größer als 500 (W/mK)*(J/cm3K) *K, bevorzugt größer als 800 (W/mK) * (J/cm3K)*K auf.According to an advantageous development of the invention, the converter material has a thermal FOM greater than 500 (W / mK) * (J / cm 3 K) * K, preferably greater than 800 (W / mK) * (J / cm 3 K) * K on.
Die außergewöhnlich hohen thermischen FOM werden durch die opto-thermischen Eigenschaften der als Konvertermaterial verwendeten Optokeramiken ermöglicht.The exceptionally high thermal FOM is made possible by the opto-thermal properties of the optoceramics used as converter material.
So hat sich herausgestellt, dass Optokeramiken hohe Wärmeleitfähigkeiten, eine hohe thermische Zerstörschwelle und eine hohe Grenztemperatur aufweisen. Optokeramiken zeigen höchst vorteilhafte Wärmeleitfähigkeiten, insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit größer als 5 W/m*K, bevorzugt größer als 8 W/m*K, und besonders bevorzugt größer als 10 W/m*K.It has been found that optoceramics have high thermal conductivity, a high thermal damage threshold and a high limit temperature. Optoceramics show highly advantageous thermal conductivities, in particular the thermal conductivity is greater than 5 W / m * K, preferably greater than 8 W / m * K, and particularly preferably greater than 10 W / m * K.
Die Grenztemperatur der entsprechenden Optokeramiken liegt oberhalb von 200 °C, insbesondere oberhalb von 250 °C. Gebräuchliche Konvertermaterialien wie Leuchtstoffe in Silikon weisen dagegen Grenztemperaturen von ca. 100-120 °C auf.The limit temperature of the corresponding optoceramics is above 200 ° C, in particular above 250 ° C. Conventional converter materials such as phosphors in silicone, on the other hand, have limit temperatures of approx. 100-120 ° C.
Bei den keramischen Konvertern dominiert die Wärmeleitfähigkeit seiner Kristallite die Wärmeleitfähigkeit des gesamten Konverters. Korngrenzen und oder Poren beeinflussen somit zwar die Streuung, nicht aber die Wärmeleitfähigkeit des Konverters.In the case of ceramic converters, the thermal conductivity of its crystallites dominates the thermal conductivity of the entire converter. Grain boundaries and / or pores thus influence the scattering, but not the thermal conductivity of the converter.
So können gemäß der Ausgestaltung der Erfindung Konvertermaterialen mit Wärmeleitfähigkeiten von mindestens 5 W/mK, insbesondere von mindestens 8 W/mK und ganz besonders von mindestens 10 W/m*K erhalten werden.Thus, according to the embodiment of the invention, converter materials with thermal conductivities of at least 5 W / mK, in particular of at least 8 W / mK and very particularly of at least 10 W / m * K can be obtained.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Konvertermaterial selbsttragend ausgestaltet. Als ein selbstragendes Konvertermaterial im Sinne der Erfindung wird dabei ein Material verstanden, dessen Festigkeit ausreichend ist, um auf ein Substrat als Trägermaterial verzichten zu können.In a preferred embodiment, the converter material is designed to be self-supporting. In the context of the invention, a self-supporting converter material is understood to be a material whose strength is sufficient to be able to dispense with a substrate as a carrier material.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da somit beide Außenseiten des Konverters beschichtet werden können. Auf Grund der außerordentlich hohen thermischen Stabilität ist dies sogar bei höheren Temperaturen möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Konvertermaterial bei Einsatz in Transmission auf der Anregungsseite mit einem dichroitischen Filter, der als Kantenfilter arbeitet, beschichtet. Dieser ist für den Spektralbereich des konvertierten Lichts hoch-spiegelnd, wohin gehend er für das Anregungslicht eine möglichst geringe Reflexion aufweist.This is particularly advantageous since both outer sides of the converter can thus be coated. Due to the extremely high thermal stability, this is possible even at higher temperatures.
In an advantageous development of the invention, when used in transmission, the converter material is coated on the excitation side with a dichroic filter that works as an edge filter. This is highly reflective for the spectral range of the converted light, whereas it has as little reflection as possible for the excitation light.
Einsatz in Transmission bedeutet hier, dass das Anregungslicht auf einer Seite in die Probe eingestrahlt wird und das konvertierte Licht auf der gegenüberliegenden Seite genutzt wird (Austrittsseite). Bei dem Kantenfilter kann es sich um einen AR-Filter (Anti-Reflexions-Filter) handeln, der für das Anregungslicht eine AR-Wirkung aufweist, aber für das konvertierte Licht als Spiegel wirkt. Somit kann das Auftreten von Fresnel-Reflexionsverlusten und der rückseitige Verlust von konvertiertem Licht verringert werden. Auf der Austrittsseite kann ein weiterer, breitbandiger AR-Filter aufgebracht werden.Use in transmission here means that the excitation light is radiated into the sample on one side and the converted light is used on the opposite side (exit side). The edge filter can be an AR filter (anti-reflection filter), which has an AR effect for the excitation light, but acts as a mirror for the converted light. Thus, the occurrence of Fresnel reflection loss and the back loss of converted light can be reduced. Another broadband AR filter can be applied to the exit side.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Konvertermaterial für die Verwendung in Remission auf der Emissionsseite ein AR-Element auf. Hierbei werden insbesondere breitbandige AR-Coatings oder AR-Strukturen wie beispielsweise Mottenaugenstrukturen verwendet, die sowohl für das Anregungslicht als auch für das konvertierte Licht eine AR-Wirkung aufweisen.In a further embodiment, the converter material has an AR element on the emission side for use in remission. In particular, broadband AR coatings or AR structures such as moth's eye structures are used here, which have an AR effect both for the excitation light and for the converted light.
Zur Maximierung der Leuchtdichte weist das Konvertermaterial dieser Ausführungsform bevorzugt eine Dicke von 0.1 bis 1 mm , besonders bevorzugt von 0,2 bis 0,8 mm und ganz besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,6 mm auf. Die Leuchtdichte ist proportional zur Absorption des Anregungslichtes und antiproportional zur Emissionsfleckgröße. Dünne Konverter minimieren die Aufweitung des Emissionsflecks.To maximize the luminance, the converter material of this embodiment preferably has a thickness of 0.1 to 1 mm, particularly preferably 0.2 to 0.8 mm and very particularly preferably 0.3 to 0.6 mm. The luminance is proportional to the absorption of the excitation light and inversely proportional to the size of the emission spot. Thin converters minimize the widening of the emission spot.
Der Konverter wird dünn genug gewählt, um eine Aufweitung des Streuflecks zu minimieren. Die Dicke des Konverters ist dabei ausreichend, um eine effektive Absorption des Anregungslichtes zu gewährleisten.The converter is chosen to be thin enough to minimize widening of the stray spot. The thickness of the converter is sufficient to ensure effective absorption of the excitation light.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine statische Nutzung des Konverters vor. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da bei einer statischen Nutzung des Konverters der Einsatz von großen Konverterrädern nicht notwendig ist. Bei einem kleinen Konverterring ist zum einen der Materialeinsatz gering, zum anderen wird eine kompaktere Bauweise des Konverters ermöglicht. Ebenfalls ist der Nachverarbeitungsaufwand bei der statischen Nutzung des Konverters geringer, insbesondere wenn der Konverter aus einem Festkörper gefertigt wird.A further development of the invention provides for static use of the converter. This is particularly advantageous because when the converter is used statically, the use of large converter wheels is not necessary. With a small converter ring, on the one hand, the use of material is low and, on the other hand, a more compact design of the converter is possible. The post-processing effort is also lower when the converter is used statically, in particular when the converter is manufactured from a solid body.
Vorzugsweise weist der Konverter im statischen Betrieb eine Leuchtdichte von >> 100 cd/mm2 auf. Ein statischer Betrieb stellt hohe Anforderungen an das Konvertermaterial, da die lokalen Einwirkzeiten des Anregungslichtes auf das Material wesentlich höher sind als dies bei einem rotierenden Konverterrad der Fall ist. Insbesondere müssen die eingesetzten Konvertermaterialien hohe Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, um die Wärme effektiv abzuleiten. Materialien mit schlechten Wärmeleitfähigkeiten können dagegen bereits nach kurzen Einwirkzeiten thermisch zerstört werden und sind für die Verwendung in statischen Konvertern nicht geeignet. Dies trifft beispielsweise auf Konvertermaterialen zu, bei denen die optisch aktiven Komponenten in einer passiven Matrix aus Glas oder Silikon eingebettet sind.The converter preferably has a luminance of >> 100 cd / mm 2 in static operation. Static operation places high demands on the converter material, since the local exposure times of the excitation light to the material are much longer than is the case with a rotating converter wheel. In particular, the converter materials used must have high thermal conductivity in order to dissipate the heat effectively. Materials with poor thermal conductivity, on the other hand, can be thermally destroyed after only short exposure times and are not suitable for use in static converters. This applies, for example, to converter materials in which the optically active components are embedded in a passive matrix made of glass or silicone.
Diese Problematik wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Optokeramik als Konvertermaterial gelöst. So weist das erfindungsgemäße Konvertermaterial hohe Wärmeleitfähigkeiten und eine hohe thermische Zerstörschwelle auf. Zudem ist die Optokeramik bevorzugt so auf dem Substrat montiert, dass sie optimal an eine Wärmesenke gekoppelt ist. Die Optokeramik kann direkt auf die Wärmesenke gebondet werden. Dieses Design ist bei Konvertern, die in Remission betrieben werden, vorteilhaft.This problem is solved by using the optical ceramic according to the invention as a converter material. The converter material according to the invention thus has high thermal conductivities and a high thermal damage threshold. In addition, the optoceramic is preferably mounted on the substrate in such a way that it is optimally coupled to a heat sink. The optoceramic can be bonded directly to the heat sink. This design is advantageous for converters that are operated in remission.
Ein weiteres Design sieht eine seitliche Anbindung der Wärmesenken an die Optokeramik vor. Dabei ist der Konverter lateral so dimensioniert und gefasst, dass er optimal an eine Wärmesenke angekoppelt ist, ohne den Lichtweg des Konverters zu behindern. Dieses Design ermöglicht auch den Einsatz einer Wärmesenke bei in Transmission betriebenen Konvertern. Insbesondere bei geringer thermischer Belastung kann auch die Verwendung einer freitragenden Konverterscheibe vorteilhaft sein.Another design provides for a lateral connection of the heat sinks to the optoceramics. The converter is dimensioned and mounted laterally in such a way that it is optimally coupled to a heat sink without obstructing the light path of the converter. This design also enables the use of a heat sink in converters operated in transmission. The use of a self-supporting converter disk can also be advantageous, particularly when there is little thermal load.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Anregung des Konvertermaterials in Transmission. Es handelt sich demnach um einen rückseitig angeregten Konverter. In Transmission betriebene Konverter ermöglichen ein einfacheres optisches Design als in Remission betriebene Konverter, da Eingangs-Strahlengang und Ausgangs-Strahlengang des konvertierten Lichtes nicht miteinander verschachtelt und/oder teilweise identisch sind. Die Intensität des Anregungsstrahls wird jedoch durch die Transmission durch das Konvertermaterial abgeschwächt. Die verwendete Lichtquelle muss somit einen ausreichenden Lichtstrom zur Verfügung stellen. Die daraus resultierenden hohen Leistungen erfordern Konvertermaterialien mit hohen maximalen Zerstörtemperaturen. Auf Grund ihrer vorteilhaften thermischen Eigenschaften ist die erfindungsgemäße Optokeramik auch für die Verwendung in Konvertern geeignet, die in Transmission arbeiten.In an advantageous development of the invention, the converter material is excited in transmission. It is therefore a rear-excited converter. Converters operated in transmission enable a simpler optical design than converters operated in remission, since the input beam path and output beam path of the converted light are not interleaved with one another and / or are partially identical. However, the intensity of the excitation beam is weakened by the transmission through the converter material. The light source used must therefore provide a sufficient luminous flux. The resulting high performance requires converter materials with high maximum destruction temperatures. Due to its advantageous thermal properties, the optical ceramic according to the invention is also suitable for use in converters that operate in transmission.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Konvertermaterial auf einem beweglichen Träger appliziert.According to an advantageous development of the invention, the converter material is applied to a movable carrier.
In neuartigen Projektoren werden Farbräder mit Konversionsmaterialien verwendet. Diese Farbräder können dabei mit Segmenten von Materialien mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen belegt oder für die Emission von Licht einer Wellenlänge ausgelegt sein. Bevorzugt besteht das Farbrad aus einem hoch reflektierenden Metall. Hierdurch wird die Remission des restlichen Anregungslichtes sowie des emittierten Lichtes unterstützt.Color wheels with conversion materials are used in new types of projectors. These color wheels can be covered with segments of materials with different emission wavelengths or designed for the emission of light of one wavelength. The color wheel is preferably made of a highly reflective metal. This supports the remission of the remaining excitation light as well as the emitted light.
Die Kühlwirkung des rotierenden Farbrades ist jedoch begrenzt, da die Konstruktion des Farbrades insbesondere die Remission und das Farbmultiplexing sicherstellen sollen. Zur Kühlung des Farbrades werden daher typischerweise zusätzliche Lüfter verwendet, welche eine kühlende Luftströmung erzeugen.The cooling effect of the rotating color wheel is limited, however, since the design of the color wheel is intended in particular to ensure remission and color multiplexing. To cool the color wheel, additional fans are therefore typically used, which generate a cooling air flow.
Bevorzugt ist der bewegliche Träger der Ausführungsform mit Lamellen- und/oder Ventilationselementen versehen. Dadurch kann die Kühlung des Rades verbessert werden. Zusätzlich sorgt das Rad selbstständig für einen Luftstrom. Dieser kann unabhängig von der Kühlung anderer Komponenten geführt werden. Insbesondere ist das Rad in den Bereichen, die nicht mit der Optokeramik belegt sind, mit den o.g. Elementen versehen. So können beispielsweise die Lamellen im Zentrum des Rades und/oder die Ventilatorsegmente am Rand des Farbrades platziert werden. Beide Elemente können auch in Kombination verwendet werden. Die Lamellen können insbesondere als radiale oder radiale, verdrehte Lamellen ausgestaltet sein. Ebenfalls können Lüfterschaufeln oder handelsübliche Lüfter mit applizierten optokeramischen Reflektoren verwendet werden. Die Verwendung eines selbstventilierenden Trägerrades ist besonders vorteilhaft, wenn das Konvertermaterial nicht als Kreisring sondern als Kreisscheibe ausgestaltet ist. Kreisscheiben können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn das Konversionselement keinen Farbwechsel gewähren muss. Mögliche Verwendungen sind beispielsweise LCD-Projektoren, LCOS-Projektoren oder 3-Chip DLP Projektoren der Fall. Auch ist eine Verwendung in Hybrid-Varianten möglich. In Hybridgeräten wird die Lichterzeugung über die Fluoreszenzkonversion mit direkt emittierenden Halbleiterquellen kombiniert.The movable carrier of the embodiment is preferably provided with lamellar and / or ventilation elements. This can improve the cooling of the wheel. In addition, the wheel automatically ensures an air flow. This can be done independently of the cooling of other components. In particular, the wheel is provided with the above elements in the areas that are not covered with the optoceramics. For example, the slats can be placed in the center of the wheel and / or the fan segments at the edge of the color wheel. Both elements can also be used in combination. The lamellae can in particular be designed as radial or radial, twisted lamellae. Fan blades or commercially available fans with applied optoceramic reflectors can also be used. The use of a self-ventilating carrier wheel is particularly advantageous if the converter material is not designed as a circular ring but as a circular disk. Circular disks can be used in particular when the conversion element does not have to allow a color change. Possible uses are, for example, LCD projectors, LCOS projectors or 3-chip DLP projectors. Use in hybrid versions is also possible. In hybrid devices, the generation of light via fluorescence conversion is combined with directly emitting semiconductor sources.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des selbstventilierenden Rades bei Anwendungen, die keine Synchronisierung von Farbrad und Bildgebung benötigen. In diesem Fall kann ein unsynchronisierter Lüftermotor verwendet werden. Jedoch kann der Aufbau des selbstventilierenden Rades auch bei segmentierten, synchronisierten Farbrädern eingesetzt werden.The use of the self-ventilating wheel is particularly advantageous in applications that do not require synchronization of the color wheel and imaging. In this case, an unsynchronized fan motor can be used. However, the construction of the self-ventilating wheel can also be used with segmented, synchronized color wheels.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung
wird die Remission des Anregungslichtes durch den Dotierungsgrad der Optokeramik so eingestellt, dass das Anregungslicht im remittierten Lichtspektrum vorhanden ist.In another embodiment of the invention
the remission of the excitation light is adjusted by the doping level of the optoceramics so that the excitation light is present in the remitted light spectrum.
Durch Mischung der Remission des Anregungslichtes und Sekundär-Emission kann somit jeweils ein bestimmter Farbeindruck des emittierten Lichtes erzeugt werden. Insbesondere kann somit auch weißes Licht erzeugt werden. Ein hoher Dotierungsgrad, d.h. eine hohe Dichte an Konversionszentren in der Optokeramik, führt zu einer Verkürzung der Absorptionslänge im Vergleich zur Streulänge. Ein hoher Dotierungsgrad führt zu einer Verkürzung der Absorptionslänge. Dies kann beispielsweise über den Cer-Gehalt eingestellt und in eine bestimmte Relation zur Streulänge eingestallt werden. Ist die Absorptionslänge deutlich geringer als die Streulänge, so wird hauptsächlich das konvertierte Licht emittiert. Ist die Absorptionslänge jedoch größer als die Streulänge, so wird hauptsächlich Anregungslicht remittiert. Ist das Anregungslicht beispielsweise blau und das Sekundärlicht gelb, so kann ein Regime eingestellt werden, in dem das emittierte konvertierte Licht und das remittierte Anregungslicht durch Mischung einen weißen Farbeindruck ergeben.By mixing the remission of the excitation light and the secondary emission, a specific color impression of the emitted light can thus be produced in each case. In particular, white light can thus also be generated. A high degree of doping, i.e. a high density of conversion centers in the optoceramics, leads to a shortening of the absorption length compared to the scattering length. A high degree of doping leads to a shortening of the absorption length. This can be adjusted, for example, via the cerium content and set in a certain relation to the scattering length. If the absorption length is significantly less than the scattering length, it is mainly the converted light that is emitted. However, if the absorption length is greater than the scattering length, excitation light is mainly reflected. If the excitation light is blue and the secondary light is yellow, for example, a regime can be set in which the emitted converted light and the remitted excitation light produce a white color impression by mixing.
Der erfindungsgemäße Konverter kann in Projektoren, beispielsweise in Projektoren mit einer DLP, 3-Chip DLP oder LCD Technik verwendet werden. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit besteht in der Verwendung in Lampen mit hoher Leuchtdichte, beispielsweise in Bühnenscheinwerfern oder Autoscheinwerfern. Auch die Verwendung in Lampen mit hoher Leuchtdichte und hoher Spektraldichte, wie sie beispielsweise in der Spektroskopie verwendet werden, ist möglich.The converter according to the invention can be used in projectors, for example in projectors with a DLP, 3-chip DLP or LCD technology. Another possible use is the Use in lamps with high luminance, for example in stage lights or car lights. It can also be used in lamps with high luminance and high spectral density, such as those used in spectroscopy, for example.
FigurenlisteFigure list
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 den schematischen Aufbau eines Konverters in Remission als ein erstes Ausführungsbeispiel. -
2 den schematischen Aufbau einer Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels mit einem dichroitischen Filter -
3 schematisch die Verwendung der Optokeramik in einem Konverter in Transmission als ein drittes Ausführungsbeispiel. -
4 schematisch einen Konverter in Transmission mit verbesserter Fassung als ein viertes Ausführungsbeispiel. -
5 den schematischen Aufbau eines dynamischen, d.h. rotierenden Konverters in Remission, bei dem die Optokeramik als Ring ausgebildet ist. -
6 den schematischen Aufbau eines dynamischen, d.h. rotierenden Konverters in Remission, beidem die Optokeramik 1 als Ring ausgebildet ist. -
7 den schematischen Aufbau eines dynamischen Konverters, der ,in Transmission arbeitet. -
8 : ein Diagramm zur Abhängigkeit von Quanteneffizienz und Remission. -
9 : ein Überlagerungsdiagramm zur Abhängigkeit von Remission und Quanteneffizient von der Sintertemperatur einer Optokeramik der Zusammensetzung Lu3(Ga,Al)5O12-Ce -
10 : ein Überlagerungsdiagramm zur Abhängigkeit von Remission und Quanteneffizient von der Sintertemperatur einer Optokeramik der Zusammensetzung Y3Al5O12-Ce -
11 : Diagramm zur Abhängigkeit der Remission vom Cer-Gehalt -
12 : ein Konverter mit Einstellung eines definierten Anteils von Anregungslicht zur Erzeugung eines Weißfeld-nahen Punktes im Farbort-Diagramm.
Show it:
-
1 the schematic structure of a converter in remission as a first embodiment. -
2 the schematic structure of a development of the first embodiment with a dichroic filter -
3 schematically the use of the optoceramic in a converter in transmission as a third embodiment. -
4th schematically a converter in transmission with an improved version as a fourth embodiment. -
5 the schematic structure of a dynamic, ie rotating, converter in remission, in which the optoceramic is designed as a ring. -
6th the schematic structure of a dynamic, ie rotating, converter in remission, in which theoptoceramics 1 is designed as a ring. -
7th the schematic structure of a dynamic converter that works in transmission. -
8th : a diagram of the dependence of quantum efficiency and remission. -
9 : an overlay diagram of the dependence of remission and quantum efficiency on the sintering temperature of an optoceramics with the composition Lu 3 (Ga, Al) 5 O 12 -Ce -
10 : an overlay diagram of the dependence of remission and quantum efficiency on the sintering temperature of an optoceramic with the composition Y 3 Al 5 O 12 -Ce -
11 : Diagram showing the dependence of the remission on the cerium content -
12th : a converter with setting of a defined proportion of excitation light to generate a point close to the white field in the chromaticity diagram.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Figuren beschrieben.The exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures.
Die erfindungsgemäße Optokeramik
Die Konverterfläche A beträgt 4 mm2, die Dicke des Konverters dkonv beträgt 200 µm. Die maximale Pumpleistung kann abgeschätzt werden:
Wärmeleitfähigkeit Optokeramik λoc = 10 W/mK
Wärmeleitfähigkeit Kleber λKleb = 0, 3 W/mK
Der thermische Widerstand des Konverters ergibt sich aus den absoluten thermischen Widerständen Rth des Konvertermaterials und des verwendeten Klebers.The converter area A is 4 mm 2 , the thickness of the converter d conv is 200 μm. The maximum pump output can be estimated:
Thermal conductivity of optoceramics λ oc = 10 W / mK
Thermal conductivity glue λ glue = 0.3 W / mK
The thermal resistance of the converter results from the absolute thermal resistance Rth of the converter material and the adhesive used.
Mit den thermischen Widerständen der Optokeramik
Bei einer Zerstörschwelle der Optokeramik
In the case of a damage threshold of the optoceramics
Bei einer Zerstörschwelle des Klebers von 100°C ergeben sich dennoch maximale optische Pumpleistungen von Pmax opt = 36 W.With a damage threshold of 100 ° C for the adhesive, the maximum optical pump power of P max opt = 36 W.
Diese überraschend hohe Pumpleistung ermöglicht z.B. bei einer Bestrahlung mit 10W auf 4mm2 Leuchtdichten von 200cd/mm2 und ein Lichtstrom von 600 1m.This surprisingly high pump power enables, for example, with an irradiation with 10W on 4mm 2 luminance of 200 cd / mm 2 and a luminous flux of 600 1m.
Im Vergleich dazu sind bei den im Stand der Technik bekannten Konvertern auf Basis eines Leuchtstoffs in Silikon, phosphor in silicon (PIS), maximale optische Pumpleistungen Pmax opt von ca. 3 W realisierbar. Dies liegt insbesondere am hohen thermischen Widerstand Rth PIS von ca. 100 K/W wie auch der niedrigen Zerstörschwelle des Konvertermaterials.In comparison to this, with the converters known in the prior art based on a phosphor in silicon, phosphor in silicon (PIS), maximum optical pump powers P max opt of approx. 3 W can be achieved. This is due in particular to the high thermal resistance R th PIS of approx. 100 K / W as well as the low damage threshold of the converter material.
Der in
Bei Annahme der gleichen Materialdaten wie beim ersten Ausführungsbeispiel ergibt sich ein effektiver thermischer Widerstand Rth eff von 55 K/W. Dies macht optische Pumpleistungen Pmax opt von bis zu 16 W möglich.Assuming the same material data as in the first exemplary embodiment, the result is an effective thermal resistance R th eff of 55 K / W. This makes optical pump powers P max opt of up to 16 W possible.
Die Abweichung von den optischen Pumpleistungen des ersten Ausführungsbeispiels ist dabei durch den Aufbau bedingt.The deviation from the optical pump powers of the first exemplary embodiment is due to the structure.
Je nach Betriebskonfiguration hängt hier die Performance beispielsweise noch von Geometriefaktoren ab. Dies führt dazu, dass die maximale Pumpleistung in Transmission geringer ist als in Remission.Depending on the operating configuration, the performance here still depends, for example, on geometry factors. This means that the maximum pump power in transmission is lower than in remission.
Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht über die für die thermische FOM eines statischen Konverters relevanten Daten des erfindungsgemäßen Konvertermaterials, sowie im Vergleich von Konvertermaterialien, die auf Silikon bzw. Glas/Glaskeramik beruhen.The following table shows an overview of the data of the converter material according to the invention that are relevant for the thermal FOM of a static converter, as well as a comparison of converter materials based on silicone or glass / glass ceramic.
Als thermische FOM für einen statisch betriebenen Konverter wurde das Produkt aus maximal zulässiger Temperatur und Wärmeleitfähigkeit gewählt.The product of the maximum permissible temperature and thermal conductivity was selected as the thermal FOM for a statically operated converter.
Erfindungsgemäße Konverter zeigen eine FOMstat von bis zu 7322 W/m, analog aufgebaute Konverter mit Leuchtstoff in Silikon weisen dagegen lediglich eine FOM von 95 W/m auf.Converters according to the invention have an FOM stat of up to 7322 W / m, while analog converters with fluorescent material in silicone, on the other hand, only have an FOM of 95 W / m.
In der letzten Spalte wurde die FOM durch die Wärmespeicherzahl ergänzt. Die Wärmespeicherzahl ist das Produkt von Wärmekapazität und Dichte. Die so erweiterte FOM, FOMdyn beschreibt das Verhalten eines Konverters auf einem rotierenden Rad und damit für einen dynamischen Konverter.In the last column, the FOM was supplemented by the heat storage number. The heat storage number is the product of heat capacity and density. The expanded FOM, FOM dyn describes the behavior of a converter on a rotating wheel and thus for a dynamic converter.
Die erfindungsgemäßen Optokeramiken OC1 und OC2 zeigen außerordentlich hohe FOMs.The optoceramics OC1 and OC2 according to the invention show extremely high FOMs.
Die beiden Optokeramiken OC1 und OC2 unterscheiden sich in ihrer Dotierung. Optokeramik OC1 enthält YAG (Yttrium-Aluminium-Granat), Optokeramik OC2 Mg3Al8 [SiO] 3.The two optoceramics OC1 and OC2 differ in their doping. Optoceramics OC1 contains YAG (yttrium-aluminum-garnet), optoceramics OC2 Mg 3 Al 8 [SiO] 3 .
Die Unterschiede in den FOM der beiden Optokeramiken sind jedoch insbesondere auf die verschiedenen Dichten zurück zu führen.The differences in the FOM of the two optoceramics are, however, due in particular to the different densities.
Die in der Tabelle aufgeführten Materialien lassen sich bezüglich der FOM in drei Gruppen einteilen. Die niedrigen FOMs von auf Silikonmatrizen basierten Konvertern lassen sich insbesondere auf die geringe Wärmeleitfähigkeit zurückführen.The materials listed in the table can be divided into three groups with regard to FOM. The low FOMs of converters based on silicone matrices can be attributed in particular to the low thermal conductivity.
Auf Glas oder Glaskeramik basierende Materialien zeigen FOMs, welche deutlich über denen von Silikonmatrizen, also von organischen Systemen liegen. Jedoch sind die FOM der erfindungsgemäßen Optokeramiken mehr als 5 mal so hoch wie die von auf Glaskeramik basierenden Konvertern.Materials based on glass or glass ceramic show FOMs which are significantly higher than those of silicone matrices, i.e. organic systems. However, the FOM of the optical ceramics according to the invention are more than 5 times as high as those of converters based on glass ceramics.
Insbesondere zeigen die Optokeramiken in vorteilhafter Weise herausragend hohe Wärmeleitfähigkeiten λ.
Tabelle 1: Übersicht der FOM relevanten Daten
Das in
Bei dem in
Erwartungsgemäß würde die Quanteneffizienz bei stark streuenden Proben sinken. Das erwartete Verhalten ist im Diagramm durch eine Gerade gekennzeichnet.As expected, the quantum efficiency would decrease with strongly scattering samples. The expected behavior is indicated in the diagram by a straight line.
In höchst überraschender Weise konnte jedoch ein Regime
Somit sind Optokeramiken geschaffen worden, die eine Remission bei 600 nm von 0,7 bis 0,95 aufweisen und deren Quanteneffizienz über 0,85 liegt.Optoceramics have thus been created which have a remission at 600 nm of 0.7 to 0.95 and whose quantum efficiency is above 0.85.
Diese außergewöhnliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Optokeramiken ist dabei das Resultat einer speziellen Zusammensetzung der Ausgangsmischung als auch der Herstellungsbedingungen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Streuung der Optokeramik über die Wahl der Sintertemperatur eingestellt werden kann. Dies wird im Folgenden an Hand der in
In beiden Fällen ist die Remission von der Sintertemperatur abhängig, während dies im Fall der Quanteneffizienz nur schwach ausgeprägt ist. Dies wird besonders in
So führt eine Erhöhung der Sintertemperatur um 100 °C zu einer Halbierung der Remission, während die Quanteneffizienz annähernd konstant bleibt.An increase in the sintering temperature by 100 ° C halves the remission, while the quantum efficiency remains almost constant.
Wie in
Die Ausprägung des Effektes kann insbesondere von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials abhängig sein.
So ist der Zusammenhang der beiden Größen abhängig von der Dichte der Konversionszentren, d.h. vom Dotierungsgrad.The extent of the effect can in particular depend on the composition of the starting material.
The relationship between the two quantities depends on the density of the conversion centers, ie on the degree of doping.
Die Absorptionseffizienz beschreibt den Anteil des absorbierten Anregungslichts zum eingestrahlten Anregungslicht. Sie wird gemäß 1-R_Excitation aus der Remission des blauen Anregungslichts berechnet. Die Remission des blauen Anregungslichts wurde an 1mm dicken Proben in einem Quanteneffizienzmessplatz gemessen.
The absorption efficiency describes the proportion of the absorbed excitation light in relation to the irradiated excitation light. It is calculated according to 1-R_Excitation from the remission of the blue excitation light. The remission of the blue excitation light was measured on 1 mm thick samples in a quantum efficiency measuring station.
Optokeramiken mit hohen Dotierungsgraden (0,2 wt% Ce2O3) zeigen eine starke Abhängigkeit von ABsorptionseffizienz und Remission. Insbesondere bei hohen Remissionswerten ab 0,8 nimmt die Absorptionseffizienz rapide ab.Optoceramics with high levels of doping (0.2 wt% Ce 2 O 3 ) show a strong dependency on A absorption efficiency and remission. The absorption efficiency decreases rapidly, especially at high reflectance values from 0.8.
Es ist gezeigt, dass die Absoptionseffizienz für blaues Licht bzw. die Blau-Remission R_Excitation durch Einstellung der Streuung bzw. Gelb-Remission R_Emission in weiten Grenzen eingestellt werden kann.It is shown that the absorption efficiency for blue light or the blue remission R_Excitation can be set within wide limits by setting the scattering or yellow remission R_Emission.
Durch die Einstellung der Streuung weitgehend unabhängig von der Quanteneffizienz kann zum einen ein gutes LichtKonfinement und somit hohe Leuchtdichten erzielt werden.By setting the scattering largely independently of the quantum efficiency, on the one hand good light confinement and thus high luminance levels can be achieved.
Zum anderen ist es möglich, die Streuung so einzustellen, dass die Mischung zwischen remittierter Anregungsstrahlung R_Excitation und Sekundär-Emission zu einem bestimmten Farbeindruck führt, der im Farbortdiagramm auf der Konversionsgeraden liegt. Die Konversionsgerade ist die Verbindungslinie zwischen dem Farbort des Anregunslichts und dem Farbort des EmissionspektrumsOn the other hand, it is possible to adjust the scattering in such a way that the mixture between remitted excitation radiation R_Excitation and secondary emission leads to a specific color impression that lies on the conversion line in the chromaticity diagram. The conversion line is the connecting line between the color point of the excitation light and the color point of the emission spectrum
Anhand der
Das blau remittierte Licht setzt sich aus einem Fresnel-Reflex
Eine Verschiebung des Weißfeld-nahen Punktes erfolgt nun über die Anpassung der Konverterdicke. Ist diese so gering, dass Anregungslicht am Spiegel
Die Winkelabhängigkeit kann durch Aufrauhen der Konverteroberfläche reduziert werden.Based on
The blue remitted light is made up of a
The point near the white field is now shifted by adjusting the converter thickness. Is this so low that excitation light shines on the
The angle dependency can be reduced by roughening the converter surface.
Die Feinanpassung zum Erreichen des Weißfeld-nahen Punktes kann alternativ über den Auftrag einer dünnen Streuschicht auf der Anregungsseite des Konverters
Die erfindungsgemäßen Konvertermaterialien zeigen maßgeschneiderte thermische, thermo-optische und optische Eigenschaften.The converter materials according to the invention show tailor-made thermal, thermo-optical and optical properties.
Deren synergetisches Zusammenwirken ermöglicht sehr hohe Leuchtdichten von mehr als 100 cd/mm2.Their synergetic interaction enables very high luminance levels of more than 100 cd / mm 2 .
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---|---|---|---|---|
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JP6131109B2 (en) * | 2013-06-10 | 2017-05-17 | シャープ株式会社 | Light emitting device and display device |
DE102013013296B4 (en) * | 2013-08-12 | 2020-08-06 | Schott Ag | Converter-heat sink assembly with metallic solder connection and method for its production |
DE102013218451A1 (en) * | 2013-09-14 | 2015-03-19 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Conversion element for an optical or optoelectronic component and method for its production |
US20150219870A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | Christie Digital Systems Usa, Inc. | Light emitting wheel with eccentricity for dispelling a thermal boundary layer |
DE102014102350B4 (en) | 2014-02-24 | 2016-03-03 | Schott Ag | Converter arrangement with cooling for light sources with high luminance |
EP3117267B1 (en) * | 2014-03-11 | 2018-05-02 | Osram Sylvania Inc. | Light converter assemblies with enhanced heat dissipation |
CN105738994B (en) * | 2014-12-10 | 2019-07-02 | 深圳光峰科技股份有限公司 | Wavelength converter and related lighting device, fluorescence colour wheel and projection arrangement |
ES2837015T3 (en) * | 2015-10-23 | 2021-06-29 | Novartis Ag | Spatial proximity derivation system between cells |
JP6852976B2 (en) * | 2016-03-29 | 2021-03-31 | 日本特殊陶業株式会社 | Wavelength conversion member, its manufacturing method and light emitting device |
US20200173615A1 (en) * | 2017-08-28 | 2020-06-04 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Light emitting device |
DE102022113940A1 (en) | 2022-06-02 | 2023-12-07 | Schott Ag | Method for determining a thermal quality measure of a test specimen |
DE102022120654B4 (en) | 2022-08-16 | 2024-03-28 | Schott Ag | Lighting device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050269582A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-08 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Luminescent ceramic for a light emitting device |
WO2009094994A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic module and projection device comprising the optoelectronic module |
WO2010010484A1 (en) * | 2008-07-22 | 2010-01-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | An optical element for a light emitting device and a method of manufacturing thereof |
US20100067233A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-03-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Arrangement for emitting mixed light |
Family Cites Families (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3026605C2 (en) | 1980-07-14 | 1983-07-07 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz | Acid-proof, hydrolytically stable optical and ophthalmic borosilicate glass of low density |
DE19942014A1 (en) * | 1999-09-03 | 2001-03-08 | Eastman Kodak Co | Compact color digital image projector light source, improving image for lower current consumption, follows low power electroluminescent image generator by image intensifier |
JP4158012B2 (en) * | 2002-03-06 | 2008-10-01 | 日本電気硝子株式会社 | Luminescent color conversion member |
US7554258B2 (en) * | 2002-10-22 | 2009-06-30 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Light source having an LED and a luminescence conversion body and method for producing the luminescence conversion body |
US6953536B2 (en) * | 2003-02-25 | 2005-10-11 | University Of Georgia Research Foundation, Inc. | Long persistent phosphors and persistent energy transfer technique |
JP2005272486A (en) * | 2004-03-22 | 2005-10-06 | Fujikura Ltd | POWDER PHOSPHOR, METHOD FOR PRODUCING alpha-SIALON PHOSPHOR AND LIGHT-EMITTING DEVICE |
US7380962B2 (en) * | 2004-04-23 | 2008-06-03 | Light Prescriptions Innovators, Llc | Optical manifold for light-emitting diodes |
WO2006072918A1 (en) * | 2005-01-10 | 2006-07-13 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Illumination system comprising ceramic luminescence converter |
US7879258B2 (en) * | 2005-03-14 | 2011-02-01 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Phosphor in polycrystalline ceramic structure and a light-emitting element comprising same |
DE102005023134A1 (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Luminescence conversion LED |
US7196354B1 (en) * | 2005-09-29 | 2007-03-27 | Luminus Devices, Inc. | Wavelength-converting light-emitting devices |
US7514721B2 (en) * | 2005-11-29 | 2009-04-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Luminescent ceramic element for a light emitting device |
WO2007107917A2 (en) * | 2006-03-21 | 2007-09-27 | Philips Intellectual Property & Standards Gmbh | Electroluminescent device |
JP2007273498A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Kyocera Corp | Wavelength converter and light emitting device |
JP2008084908A (en) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Toshiba Lighting & Technology Corp | Light emitting device |
US7700967B2 (en) * | 2007-05-25 | 2010-04-20 | Philips Lumileds Lighting Company Llc | Illumination device with a wavelength converting element held by a support structure having an aperture |
US7547114B2 (en) | 2007-07-30 | 2009-06-16 | Ylx Corp. | Multicolor illumination device using moving plate with wavelength conversion materials |
CN101393312A (en) | 2007-09-19 | 2009-03-25 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | Color wheel |
CN101910361B (en) * | 2008-01-15 | 2013-08-07 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | Light scattering by controlled porosity in optical ceramics for leds |
KR101592836B1 (en) * | 2008-02-07 | 2016-02-05 | 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 | Semiconductor light emitting device, backlighting device, color image display device and phosphor used for those devices |
JP5311281B2 (en) * | 2008-02-18 | 2013-10-09 | 日本電気硝子株式会社 | Wavelength conversion member and manufacturing method thereof |
WO2009115976A1 (en) | 2008-03-20 | 2009-09-24 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Illumination system comprising a luminescent element with a heat sink |
EP2272102B1 (en) | 2008-03-26 | 2016-06-22 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting apparatus |
DE102008021438A1 (en) * | 2008-04-29 | 2009-12-31 | Schott Ag | Conversion material in particular for a, a semiconductor light source comprising white or colored light source, method for its preparation and this conversion material comprising light source |
JP2010092705A (en) | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Sony Corp | Illuminating device and display device using this |
JP5689225B2 (en) * | 2009-03-31 | 2015-03-25 | 日亜化学工業株式会社 | Light emitting device |
JP5397944B2 (en) * | 2009-11-11 | 2014-01-22 | 日東電工株式会社 | Phosphor-containing composite sheet |
JP5530165B2 (en) * | 2009-12-17 | 2014-06-25 | スタンレー電気株式会社 | Light source device and lighting device |
US20110186874A1 (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-04 | Soraa, Inc. | White Light Apparatus and Method |
EP2531571A1 (en) * | 2010-02-04 | 2012-12-12 | Nitto Denko Corporation | Light emissive ceramic laminate and method of making same |
JP4740379B1 (en) * | 2010-02-25 | 2011-08-03 | 電気化学工業株式会社 | β-type sialon phosphor, its use and method for producing β-type sialon phosphor |
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-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050269582A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-08 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Luminescent ceramic for a light emitting device |
US20100067233A1 (en) * | 2006-11-07 | 2010-03-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Arrangement for emitting mixed light |
WO2009094994A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic module and projection device comprising the optoelectronic module |
WO2010010484A1 (en) * | 2008-07-22 | 2010-01-28 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | An optical element for a light emitting device and a method of manufacturing thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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DE102019102460A1 (en) | Lighting device for a motor vehicle |
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